15630-89-4/過氧碳酸鈉的應(yīng)用

背景^[1][2]

過碳酸鈉(CAS No15630-89-4) 分子式為2NaCO₃·3H₂O ，分子量為314.02，英文名稱SodiumPercarbonate，簡(jiǎn)稱SPC，俗稱固體雙氧水，又稱過氧碳酸鈉、固體過氧化氫，是過氧化氫與碳酸鈉的加成化合物，分解后產(chǎn)生氧氣、水和碳酸鈉。過碳酸鈉不僅具有液體雙氧水的功能，在較低的水溫下迅速分解釋放出氧氣，實(shí)現(xiàn)漂白、去污、殺菌和去除異昧等功能；同時(shí)分解生成的碳酸鈉，能夠提高水中的pH值，降低硬水中鈣、鎂離子，使水軟化，并且隨pH值增加污垢與纖維之問有更多的負(fù)電荷產(chǎn)生，從而污垢與纖維之間的排斥性，提高漂白和洗滌效果。

過碳酸鈉作為高效氧系漂白劑的代表，憑借其優(yōu)良的漂白活性和殺菌性能，已被廣泛地應(yīng)用于洗滌(洗衣粉和彩漂粉等)、印染、紡織、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、家居和個(gè)人護(hù)理品配方等領(lǐng)域中。過碳酸鈉在洗滌(洗衣粉和彩漂粉等)、印染、紡織、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、家居和個(gè)人護(hù)理品配方等領(lǐng)域中展現(xiàn)了優(yōu)良的應(yīng)用效果和廣泛的應(yīng)用前景。目前制約過碳酸鈉應(yīng)用的主要因素為：使用成本及部分產(chǎn)品的穩(wěn)定性還不能達(dá)到應(yīng)用所需的要求。但是，隨著人們對(duì)氧漂及環(huán)保要求的提高，以及過碳酸鈉生產(chǎn)技術(shù)的提高，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，過碳酸鈉將有更廣泛的應(yīng)用前景以及更經(jīng)濟(jì)的使用成本。

應(yīng)用^[1]

1.過碳酸鈉在洗滌劑(洗衣粉和彩漂粉等)中的應(yīng)用

織物上的污垢可分為水溶性污垢，脂性污垢，顏(染)料污垢，油性、蛋白質(zhì)和淀粉等污垢，由表面活性劑與一般助劑組成的洗滌劑基本上可將油性、蛋白質(zhì)和淀粉等污垢去除。去除色素性污垢必需添加漂白劑，特別是殘留污垢引起的泛黃是最棘手的問題。為此，歐美從20世紀(jì)60年代就將過硼酸鈉漂白劑作為洗滌劑的組分。但是由于硼的危害越越被人們所熟知，且歐洲及其他一些國(guó)家相繼頒布限硼禁令，作為新型環(huán)保漂白劑，過碳酸鈉已完全替代過硼酸鈉應(yīng)用于洗滌劑中。

目前，歐美市場(chǎng)上的高超濃縮洗衣粉中都添加過氧碳酸鈉，在很多常規(guī)的洗衣粉中也添加過氧碳酸鈉。拉美、歐洲典型洗滌配方中均含有過碳酸鈉漂白劑在消費(fèi)者對(duì)洗滌產(chǎn)品功效的需求日益多元化，市場(chǎng)開發(fā)出的產(chǎn)品功能越來(lái)越強(qiáng)大，社會(huì)的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)的背景下，過碳酸鈉在國(guó)內(nèi)高端洗衣粉中的應(yīng)用有望得到大規(guī)模的提升：目前國(guó)內(nèi)有多個(gè)品牌的高端品牌洗滌劑添加了過碳酸鈉。

為了更好的提高過氧碳酸鈉在洗滌劑中的效果，四乙酰乙二胺(漂白活化劑)也已經(jīng)被成功的添加到洗衣粉和其他清潔與衛(wèi)生產(chǎn)品中，歐美的添加量為普通洗衣粉(TAED，0.5％～3％)；濃縮洗衣粉(TAED，3％～8％)；彩漂粉(TAED，8％～20％)；洗碗劑(TAED，4％～5％)。這大大改善了洗滌劑的低溫清洗能力，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了過碳酸鈉的漂白能力。成立于1928年的化學(xué)原料及化學(xué)制品制造企業(yè)Church&Dwight的產(chǎn)品是典型的成功例子。

其產(chǎn)品OxiClean的主要活性成分為過碳酸鈉，該產(chǎn)品被認(rèn)為是具有強(qiáng)力去污f!生能的家用清洗劑和服裝洗滌劑。在50 000多份消費(fèi)調(diào)查的基礎(chǔ)上，美國(guó)最著名的家居雜志(<Better Homes&Gardens>)評(píng)出的2010最佳新產(chǎn)品獎(jiǎng)中，OxiClean產(chǎn)品被評(píng)為最佳衛(wèi)生清潔用品。

2.過氧碳酸鈉在牙齒護(hù)理產(chǎn)品中的應(yīng)用

過碳酸鈉是一種優(yōu)質(zhì)的牙齒保色活性成分。經(jīng)過18個(gè)月臨床研究證實(shí)，含19％過碳酸鈉的佳潔士夜間效果產(chǎn)品的牙齒凈白效果與含6％過氧化氫的佳潔士?jī)舭籽蕾N的美白效果無(wú)顯著差異。長(zhǎng)期跟蹤研究也表明，佳潔士夜問效果產(chǎn)品不會(huì)引發(fā)明顯的副作?！敦惒鸥弧冯s志在評(píng)價(jià)佳潔士的這2款產(chǎn)品時(shí)指出，佳沽士?jī)舭籽蕾N和佳潔士夜間效果曾經(jīng)創(chuàng)下了3億美元零售額和70％的市場(chǎng)份額。

同時(shí)過碳酸鈉在變色無(wú)髓牙的漂白中也具有很大的應(yīng)用潛力。牙齒無(wú)髓后，牙體變成黑灰色或褐色，無(wú)光澤，欠美觀。佩洛塔斯聯(lián)邦大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室研究成果證實(shí)，過碳酸鈉在變色無(wú)髓牙的漂白中起作用，其細(xì)胞毒性和遺傳毒性與過氧化氫和過氧化脲等常見的變色無(wú)髓牙相當(dāng)。

3. 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

1）作為殺菌消毒產(chǎn)品的應(yīng)用

過碳酸鈉可用于殺滅大腸桿菌、葡萄球菌和肝炎病毒等常見病菌，因而可作為醫(yī)院、公共場(chǎng)所的殺菌消毒劑，餐具及水果消毒劑和香皂殺菌劑等。索爾維公司的過碳酸鈉產(chǎn)品OXYPER。便是例證。同時(shí)過碳酸鈉能與四乙酰乙二胺一起復(fù)配成固體過氧乙酸，相比傳統(tǒng)的液體過氧乙酸，過碳酸鈉與四乙酰乙二胺復(fù)配固體過氧乙酸具有運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用安全方便和殺菌效果強(qiáng)等特點(diǎn)，在“非典”時(shí)期得到了廣泛應(yīng)用。

2）過碳酸鈉在化工工藝中的應(yīng)用

過碳酸鈉可在醛基轉(zhuǎn)化為酚羥基反應(yīng)、有機(jī)硼烷氧化、腈水解、硫醚與胺氧化、烯烴環(huán)氧化、酮氧化和僅一二酮斷裂氧化等反應(yīng)中作為氧化劑。另外過碳酸鈉還可作為金屬表面處理劑、電鍍洗滌劑及高分子聚合控制劑等。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始廣泛使用過碳酸鈉來(lái)替代雙氧水完成相關(guān)的有機(jī)氧化反應(yīng)。過碳酸鈉最大的優(yōu)點(diǎn)是在有機(jī)體系下反應(yīng)溫和、易受控制，相比雙氧水，反應(yīng)過程的安全性大大提高。同時(shí)，在一些特殊的氧化過程中，過氧碳酸鈉與其他氧化劑相比還具有一些獨(dú)特的性能：極少的含水量。

3）過碳酸鈉在造紙行業(yè)中的應(yīng)用

國(guó)外的研究已經(jīng)證明，在紙漿處理中，過碳酸鈉是一種有效的漂白劑。從部分指標(biāo)來(lái)看，過碳酸鈉的處理優(yōu)于過氧化氫。2005年，加拿大魁北克大研究人員即在第59屆APPITA年會(huì)與展會(huì)上證了這一點(diǎn)。加拿大造紙研究所科技人員試驗(yàn)了用過碳酸鈉漂白針葉木、闊葉木機(jī)械漿的效率和對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)果表明：當(dāng)過碳酸鈉用量為15.4％(相當(dāng)于5.0％過氧化氫)時(shí)，漂白針葉木熱磨機(jī)械漿(TMP)或闊木化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP)得到的紙漿白度增加15％～16％。對(duì)于針葉木熱磨機(jī)械漿，過碳酸鈉漂白效率與用過氧化氫漂白效率相同；而對(duì)于闊葉木化學(xué)熱磨機(jī)械漿，過碳酸鈉比過氧化氫漂白效率稍好。從上述數(shù)據(jù)來(lái)看，過碳酸鈉是一種很好的漂白劑，適用于漂白機(jī)械漿TMP和CTMP。

4）過氧碳酸鈉在急救或組織工程中的應(yīng)用

過碳酸鈉是一種優(yōu)質(zhì)的急救用氧來(lái)源。將過碳酸鈉與含聚乙烯酸及cu、Fe、co和Mn等任一化合物催化劑的固體物混合，當(dāng)急救用氧時(shí)，加入適量的水，即可分解出氧氣，簡(jiǎn)單方便，供氧量大。這種氧源適于家庭(尤其是農(nóng)村家庭)、軍隊(duì)、地下施工、礦山開采、抗洪和滅火救災(zāi)等急救場(chǎng)合，是一種性能優(yōu)異的急救供氧劑。

作為供氧劑，過碳酸鈉有可能促進(jìn)醫(yī)學(xué)組織工程技術(shù)的進(jìn)步。在組織工程中，組織活力的提升是一項(xiàng)醫(yī)學(xué)難題。美國(guó)維克森林大學(xué)的研究證實(shí)，在組織工程材料(PLGA)中加入產(chǎn)氧劑(過碳酸鈉)可提高組織活力。實(shí)驗(yàn)中活性氧產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間達(dá)24 h，組織壞死和細(xì)胞凋亡都得以減少。

5）過碳酸鈉在水質(zhì)、土壤處理中的應(yīng)用

作為固態(tài)類的芬頓試驗(yàn)(Fenton reagent)，過碳酸鈉在工業(yè)廢水處理、去除土壤中的持久性有機(jī)污染物(POPs)應(yīng)用中潛力巨大。芬頓試劑是以亞鐵離子(Fe2+)為催化劑，用過氧化氫(H：02)進(jìn)行化學(xué)氧化的廢水處理方法。由亞鐵離子與過氧化氫組成的體系，也稱芬頓試劑，它能生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基，在水溶液中與難降解有機(jī)物生成有機(jī)自由基使之結(jié)構(gòu)破壞，最終氧化分解。

芬頓氧化法可有效地處理含硝基苯和ABS等有機(jī)物的廢水以及用于廢水的脫色、除惡臭。國(guó)外已將過碳酸鈉產(chǎn)品應(yīng)用于土壤修復(fù)，其作用機(jī)制包括：1)氧化；2)促進(jìn)生物修復(fù)。該產(chǎn)品通過提供氧氣進(jìn)入地基，增強(qiáng)好氧菌生物降解。

此外，在漁業(yè)養(yǎng)殖中，過碳酸納是一種有效的增氧劑和殺菌劑。在園藝中也有應(yīng)用，如美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(u.S.Environmental Protection Agency，簡(jiǎn)稱EPA，或USEPA，或美國(guó)國(guó)家環(huán)保局，或美國(guó)環(huán)保局)在其《Biopesticides Registration ActionDocument》(PC Code 128860)中指出，過碳酸鈉的終端產(chǎn)品可應(yīng)用于溫室、儲(chǔ)藏室、苗圃場(chǎng)、長(zhǎng)綠色植物的土壤表層和草坪。另外，過碳酸鈉產(chǎn)品也已用于非氯泳池水質(zhì)的快速處理。

制備^[2][3]

過氧碳酸鈉的生產(chǎn)方法很多，不同的生產(chǎn)方法可以制備不同形式和規(guī)格的產(chǎn)品。但概括起來(lái)可分為兩類：干法生產(chǎn)工藝和濕法生產(chǎn)工藝。

干法生產(chǎn)工藝——在熱空氣沸騰的流態(tài)床上，往無(wú)水碳酸鈉上噴灑過氧化氫溶液而制得過氧碳酸鈉晶體。雖然該法生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，但生成的產(chǎn)品穩(wěn)定性差，活性氧含量低，以及生產(chǎn)技術(shù)工藝條件嚴(yán)格，操作困難等原因，工業(yè)上很少采用。

濕法生產(chǎn)工藝——將過氧化氫水溶液與碳酸鈉在穩(wěn)定劑的存在下進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度在5℃以下，然后加入鹽析劑使過氧碳酸鈉結(jié)晶，經(jīng)離心分離，氣流干燥，即得過氧碳酸鈉成品。該法生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性好，技術(shù)成熟，得到工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。目前有噴霧法、低溫結(jié)晶法和溶劑法等方法進(jìn)行生產(chǎn)。其反應(yīng)式如下：

反應(yīng)流程如下：

由于過氧碳酸鈉不穩(wěn)定，當(dāng)體系中存在重金屬離子等雜質(zhì)以及在高溫高濕條件下容易分解，因此除在低濕下反應(yīng)外，還必須加入穩(wěn)定劑。研究發(fā)現(xiàn)在碳酸鈉與過氧化氫反應(yīng)過程中加入有機(jī)化合物和各種無(wú)機(jī)鹽類穩(wěn)定劑，可以大大提高制得過氧碳酸鈉產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

加入的穩(wěn)定劑種類很多，主要包括無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物兩大類，其中無(wú)機(jī)化合物有：1)磷酸或磷酸鹽類。如正磷酸、磷酸、磷酸鈉、磷酸二氫鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等；2)堿金屬或堿土金屬鹽類。如硫酸鈉、硫酸鎂及氯化鎂等：3)硅酸鹽類。如硅酸鹽、硅酸鈉等；4)硼酸或硼酸鹽類。

如硼酸、偏硼酸鈉等；有機(jī)化合物有：1)有機(jī)胺類化合物。如乙撐二胺醋酸鹽、二乙烯三胺五醋酸鹽等；2)醇類化合物。如聚乙二醇類、聚乙二硫醇類化合物；3)螯合物與表面活性劑，如8一羥基喹啉，a一苯偶姻肟等：4)脂肪族氨基酸及其鹽類，如乙氨酸、谷蛋白、明膠等；5)芳香族化合物。如磺酸鎂鹽、高級(jí)脂肪醇的硫酸脂鎂鹽等；6)銨鹽羧酸鹽類，如EDTA；7)非離子表面活性劑。如高級(jí)醇、高級(jí)脂肪的甘油脂等。

在生產(chǎn)中，穩(wěn)定劑的選擇應(yīng)根據(jù)原料價(jià)格且易得的原則選擇，多采用一種或兩種以上無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物組合，這樣比采用單一穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果更佳。就一般原料和操作條件而言，無(wú)機(jī)化合物的添加量一般為0.01％～1.0％，有機(jī)化合物的添加量為0.02％～0.5％。穩(wěn)定劑的加入既可采用在成品表面進(jìn)行噴涂的方法，也可采用在反應(yīng)過程中加入的方法。用上述穩(wěn)定劑可使制得過氧碳酸鈉的有效氧含量高，結(jié)晶中的過氧化氫和碳酸鈉的組成液接近理論值，產(chǎn)品質(zhì)量好，儲(chǔ)存穩(wěn)定性能好。

主要參考資料

[1]魏一帆, 蘆鴻武, 張敏敏, 等. 過氧碳酸鈉的應(yīng)用[J]. 日用化學(xué)品科學(xué), 2013 (8): 36-38.

[2] 楊仁黨, 陳克復(fù). 無(wú)污染新型紙漿漂白劑—過氧碳酸鈉[J]. 中華紙業(yè), 2001, 22(6): 49-50.

[3]張偉, 趙美敬. 過氧碳酸鈉的生產(chǎn)與發(fā)展及其目前的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀[J]. 化工科技市場(chǎng), 2007, 30(8): 33-37.